In this work, we study Metal-Organic Frameworks (MOFs) as a new material able to capture CO2 efficiently. These frameworks are promising regarding carbon capture due to high surface areas, tunable pore size, and a high potential for industrial-scale production. In particular, we study a specific MOF, the Zeolitic Imidazolate Framework 8 (ZIF-8), composed of zinc coordinated with imidazole, structured in a sodalite framework. Through first- principles calculations based on the Density Functional Theory (DFT) using a functional with nonlocal van der Waals correction, the optB86b, we investigate CO2 adsorption in ZIF-8 by identifying different adsorption sites and their respective adsorption energy. Furthermore, using atomistic simulations based on Grand Canonical Monte Carlo, the selectivity of carbon considering reservoirs with different mixtures at distinct concentrations and thermodynamic conditions was calculated. Moreover, recent experimental findings indicate that thermal post- treatment of ZIF-8 can enhance its carbon capture capability. Therefore, we modeled propositions of possible defects induced by this kind of treatment and study their stability and how they affect adsorption. Our results indicate that thermal treatments near 900 ºC can enhance carbon capture up to 15 to 18.5 times the CO2 uptake of pristine ZIF-8. Since thermal treatments are cheap and easy to be scaled, these treatments can designate ZIF-8 treated as a proper filler to be used in mixed-matrix membranes, enabling a membrane design that can be efficient and economically viable to capture carbon.

Nesse trabalho estudamos Estruturas Metal-Orgânicas (MOFs, do inglês Metal- Organic Frameworks) como um novo material capaz de capturar dióxido de carbono (CO2) eficientemente. Essas estruturas são muito promissoras quanto à captura de carbono devido à sua grande área de superfície, tamanho de poro ajustável e um alto potencial de escalabilidade à nível industrial. Em particular, estudamos uma MOF específica, a Estrutura Zeolítica de Imidazolato 8 (ZIF-8, do inglês Zeolitic Imidazolate Framework 8) composta por zinco coordenado com imidazol, estruturado como uma sodalita. Através de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), utilizando um funcional com correções não locais de van der Waals, optB86b, investigamos a adsorção de CO2 na ZIF-8, identificando diferentes sítios e as respectivas energias de adsorção. Além disso, por meio de simulações atomísticas, utilizando Monte Carlo no ensemble Grã Canônico, foi calculado a seletividade de carbono considerando reservatórios com diferentes misturas em diferentes concentrações e condições termodinâmicas. Ademais, recentes resultados experimentais indicam que o tratamento térmico da ZIF-8 pode aumentar a sua capacidade de captura de carbono. Assim, modelamos proposições de como os defeitos são induzidos por esses tratamentos e estudamos suas estabilidades e impactos na adsorção. Nossos resultados indicam que os tratamentos térmicos perto de 900 ºC podem aumentar a captura de carbono de 15 a 18.5 vezes a adsorção de ZIF-8 pristino. Sendo assim, esses tratamentos podem designar a ZIF-8 tratada como um adequado material a ser usado em membranas de matrizes mistas, permitindo um design de membrana que seja eficiente e economicamente viável para captura de carbono.